DE102010061506A1 - Electric heating cable has heating unit that is formed with carbon fiber bundle comprising several carbon fiber yarns, where carbon fiber yarns with porous structure are formed from metal particles - Google Patents
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Abstract
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
(a) Umfeld der Erfindung(a) Environment of the invention
Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektrisches Heizkabel aus Kohlenstofffasern, insbesondere ein elektrisches Heizkabel, wobei das Kohlenstofffasergarn in einem Kohlenstofffaserbündel so modifiziert ist, um die Wärmeleitfähigkeit einerseits zu verbessern, den Widerstand zu reduzieren, andererseits um den Thermodiffusions-Koeffizienten zu erhöhen, das Gewicht zu reduzieren und die Wasseraufnahmefähigkeit zu verbessern, um so eine bessere Wirksamkeit des elektrischen Heizens zu erzielen.The present invention relates to a carbon fiber electric heating cable, particularly an electric heating cable, wherein the carbon fiber yarn in a carbon fiber bundle is modified so as to improve the heat conductivity on the one hand, reduce the resistance, on the other hand to increase the thermal diffusion coefficient, to reduce the weight and to improve the water absorbency so as to achieve a better efficiency of electric heating.
(b) Beschreibung der herkömmlichen Ausführungsart(b) Description of the conventional embodiment
Zur Wärmeerzeugung stehen heutzutage verschiedenste und zahlreiche Techniken zur Verfügung, Zum Beispiel eine Technik, mit der für den Wärmeaustausch in erster Linie ein Kompressor verwendet wird, wobei jedoch die Ausstattung dazu und die Wärmequelle extrem kostenaufwendig sind. Daher muss dessen wirtschaftlicher Nutzen sorgfältig durchdacht werden.For example, a technique that uses primarily a compressor for heat exchange, but the equipment and the heat source are extremely expensive. Therefore, its economic benefits must be carefully considered.
Andererseits steht eine weitere Technik zur elektrischen Heizung zur Verfügung, die als Wärmequelle verwendet werden kann, wobei bei dieser Methode elektrische Heizkabel verwendet werden, die stark von allen Arten der Industrien und deren Handelswaren abhängen, wobei elektrische Heizkabel aus Kohlenstofffasern bestehen, die heute weitverbreitet gebräuchlich sind. Bei einem generellen Heizprinzip der elektrischen Heiztechnologie wird in erster Linie eine leitfähige Schleife verwendet, mit der Wärmeenergie von dessen Widerstand durch Leiten von elektrischem Strom erzeugt wird. Da jedoch die Mehrzahl der elektrischen Heizelemente mit der leitfähigen Schleife im Voraus so ausgeführt sind, damit sie je nach Typ der und Nachfrage nach Handelswaren bei der Installation an bestimmten Orten entsprechend eingebaut werden können, kann das einzelne elektrische Heizelement nicht vollständig bei allen Handelswaren verwendet werden, was zu einer unzureichenden Effizienz bei der Herstellung führt und daher der wirtschaftliche Vorteil nicht wirksam verbessert werden kann. Für ein verstärktes Heizen werden wegen einer Einschränkung der Herstellungsmaschinen üblicherweise mehrere Heizelemente in Serie miteinander verbunden, um die erforderliche Effizienz für das Heizen zu erfüllen. Außerdem ist bei dieser Methode das Problem einer erforderlichen hohen Spannung und einer Lasteinschränkung des elektrischen Stroms der leitfähigen Schleife vorhanden.On the other hand, there is another technique for electric heating which can be used as a heat source, which method uses electric heating cables which are highly dependent on all kinds of industries and their merchandise, with electric heating cables made of carbon fibers which are in widespread use today are. In a general heating principle of electrical heating technology, a conductive loop is primarily used to generate heat energy from its resistance by passing electrical current. However, since the majority of the conductive loop electric heating elements are designed in advance so as to be appropriately installed at specific locations depending on the type and demand of commodities, the single electric heating element can not be fully used in all commodities , which leads to an insufficient production efficiency and therefore the economic advantage can not be effectively improved. For increased heating, because of a limitation of the manufacturing machines, a plurality of heating elements are usually connected in series to meet the required efficiency for heating. In addition, in this method, there is the problem of a required high voltage and a load restriction of the electric current of the conductive loop.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Das Hauptziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines elektrischen Heizkabels aus Kohlenstofffasern, wobei diese Ausführungsart eine Heizeinheit und eine Isolierumhüllung der Heizeinheit umfasst, wobei diese Heizeinheit ein Kohlenstofffaserbündel umfasst, das aus mehreren Kohlenstofffasergarnen oder einem Aufbau besteht, der eine Umhüllung, Verflechtung oder eine umflochtene Umhüllung des Kohlenstofffaserbündels mit mindestens einem Element eines Glasfaserbündels, einem Steinfaserbündel, einem Keramikfaserbündel und einem DuPont Kevlar®-Faserbündel (aromatischen Polyamidbündel) umfasst.The main object of the present invention is to provide a carbon fiber electric heating cable, this embodiment comprising a heating unit and an insulating sheath of the heating unit, this heating unit comprising a carbon fiber bundle consisting of a plurality of carbon fiber yarns or a structure comprising a sheath, an interlacing or a sheath comprises a braided sheath of the carbon fiber bundle with at least one element of a glass fiber bundle, a stone fiber bundle, a ceramic fiber bundle and a DuPont Kevlar® fiber bundle (aromatic polyamide bundle).
Bei der vorliegenden Erfindung wird zum Vermeiden einer niedrigen Wasseraufnahmefähigkeit und eines hohen Widerstands eines existierenden elektrischen Heizkabels mit Kohlenstofffasern eine Außenfläche aus Kohlenstofffasergarn beim oben erwähnten elektrischen Heizkabel aus Kohlenstofffasern in erster Linie mit einer Metallpartikelstruktur mit einem großen Oberflächenbereich umhüllt, wobei hier die Metallpartikel so modifiziert sind, um die Wärmeleitfähigkeit zu erhöhen und den Widerstand des Kohlenstofffasergarns zu reduzieren.In the present invention, in order to avoid low water absorbency and high resistance of an existing carbon fiber electric heating cable, an outer surface of carbon fiber yarn in the above-mentioned carbon fiber electric heating cable is enveloped primarily with a metal particle structure having a large surface area, in which case the metal particles are so modified to increase the thermal conductivity and to reduce the resistance of the carbon fiber yarn.
Bei der vorliegenden Erfindung ist zum Vermeiden einer niedrigen Wasseraufnahmefähigkeit und eines hohen Widerstands eines existierenden elektrischen Heizkabels mit Kohlenstofffasern das Kohlenstofffasergarn des oben erwähnten elektrischen Heizkabels aus Kohlenstofffasern in erster Linie mit einer Modifizierung der Metallschichtumhüllung behandelt, um eine doppelschichtige Struktur aus einer Metallschicht zu bilden und um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, sowie um den Widerstand des Kohlenstofffasergarns zu reduzieren.In the present invention, in order to avoid low water absorbency and high resistance of an existing carbon fiber electric heating cable, the carbon fiber yarn of the above-mentioned carbon fiber electric heating cable is treated primarily with modification of the metal layer cladding to form a double-layered metal layer structure to improve the thermal conductivity as well as to reduce the resistance of the carbon fiber yarn.
Bei der vorliegenden Erfindung ist zum Vermeiden einer niedrigen Wasseraufnahmefähigkeit und eines hohen Widerstands eines existierenden elektrischen Heizkabels mit Kohlenstofffasern das Kohlenstofffasergarn des oben erwähnten elektrischen Heizkabels mit Kohlenstofffasern in erster Linie mit einer Modifizierung mit hoher Frequenz (hohem Zyklus) behandelt, um eine Struktur zu bilden, deren Oberfläche graphitisiert ist, um den Widerstand des Kohlenstofffasergarns zu reduzieren.In the present invention, for avoiding low water absorbency and high resistance of an existing carbon fiber electric heating cable, the carbon fiber yarn of the above-mentioned carbon fiber electric heating cable is treated primarily with a high frequency (high cycle) modification to form a structure. whose surface is graphitized to reduce the resistance of the carbon fiber yarn.
Bei der vorliegenden Erfindung ist zum Vermeiden einer niedrigen Wasseraufnahmefähigkeit und eines hohen Widerstands eines existierenden elektrischen Heizkabels mit Kohlenstofffasern das Kohlenstofffasergarn des oben erwähnten elektrischen Heizkabels mit Kohlenstofffasern in erster Linie mit einer Modifizierung aus einer Säuren- oder Laugenschlichte behandelt, um eine poröse Struktur zu bilden und um so die Wasseraufnahmefähigkeit des Kohlenstofffasergarns zu verbessern, den Thermodiffusions-Koeffizienten zu erhöhen und das Gewicht zu reduzieren.In the present invention, in order to avoid a low water absorbency and a high resistance of an existing carbon fiber electric heating cable, the carbon fiber yarn of the above-mentioned carbon fiber electric heating cable is treated primarily with a modification of an acid or alkali sizing to form a porous structure so the water absorbency of the carbon fiber yarn, to increase the thermal diffusion coefficient and to reduce the weight.
Bei der vorliegenden Erfindung kann die oben erwähnte Isolierumhüllung aus einer hitzefesten oder einer umflochtenen Umhüllung bestehen. Diese hitzefeste Umhüllung kann dabei eine Fluorelastomer-, Silizium-, PU- (Polyurethan), PVC- (Polyvinylchlorid), PE- (Polyethylen), PP- (Polypropylen), PET (Polyester), Nylon- (oder Polyamid), oder eine PI-Umhüllung (Polyimid) sein; wobei die umflochtene Umhüllung aus mindestens einem Glasfaserbündel, Steinfaserbündel, Keramikfaserbündel oder einem DuPont Kevlar®-Faserbündel bestehen kann.In the present invention, the above-mentioned insulating sheath may be made of a heat-resistant or a braided sheath. This heat-resistant enclosure may include a fluoroelastomer, silicon, PU (polyurethane), PVC (polyvinyl chloride), PE (polyethylene), PP (polypropylene), PET (polyester), nylon (or polyamide), or a PI cladding (polyimide); wherein the braided sheath may consist of at least one glass fiber bundle, stone fiber bundle, ceramic fiber bundle or a DuPont Kevlar® fiber bundle.
Neben der Isolierung gegen den elektrischen Strom kann mit der oben genannten Isolierumhüllung das Kohlenstofffaserbündel ebenfalls gegen Abreibungen und Brüche geschützt werden, wobei die hitzefeste Umhüllung eine bessere wasserfeste Eigenschaft besitzt und einen größeren Hitzeverlust aufweist, so dass diese Ausführungsart zum Aufheizen des Wassers bevorzugt wird. Andererseits ist die umflochtene Umhüllung mit Lücken versehen, damit die Hitze leicht abgegeben wird. Aus diesem Grund ist die umflochtene Umhüllung fähig, die Wärme anzupassen und daher kann die Wärme deutlich weniger verloren gehen, wobei jedoch die wasserfeste Eigenschaft beeinträchtigt ist. Daher wird die umflochtene Umhüllung vorzugsweise für andere Zwecke als Wasser verwendet, wie beispielsweise für Kleidungen oder Textilien.In addition to insulation against the electric current, with the above-mentioned insulating cover, the carbon fiber bundle can also be protected against abrasion and breakage, the heat-resistant covering having a better waterproof property and having a greater heat loss, so that this embodiment is preferred for heating the water. On the other hand, the braided sheath is provided with voids so that the heat is released easily. For this reason, the braided sheath is capable of adjusting the heat, and therefore the heat can be much less lost, but the waterproof property is impaired. Therefore, the braided wrapper is preferably used for purposes other than water, such as clothing or textiles.
Bei der vorliegenden Erfindung besteht die umflochtene Umhüllung aus mindestens einem der folgenden Bündel: Glasfaserbündel, Steinfaserbündel, Keramikfaserbündel und dem DuPont Kevlar®-Faserbündel.In the present invention, the braided sheath consists of at least one of the following bundles: glass fiber bundles, stone fiber bundles, ceramic fiber bundles, and the DuPont Kevlar® fiber bundle.
Bei der vorliegenden Erfindung weisen die Metallpartikel die Form einer Kugel, Stange, eines Würfels, Rechtecks, einer Pyramide oder eine Form eines anderen geometrischen Objektes auf.In the present invention, the metal particles are in the form of a sphere, rod, cube, rectangle, pyramid, or other geometric object shape.
Die Anwendungsweise des elektrischen Heizkabels mit Kohlenstofffasern nach der vorliegenden Erfindung besitzt die Vorteile, dass das Kohlenstofffasergarn einen niedrigeren Widerstand, eine bessere Wasseraufnahmefähigkeit, einen höheren. Thermodiffusions-Koeffizient und ein leichteres Gewicht aufweist.The mode of application of the carbon fiber electric heating cable according to the present invention has the advantages that the carbon fiber yarn has a lower resistance, a better water absorbency, a higher. Thermal diffusion coefficient and a lighter weight.
Für ein besseres Verständnis der oben genannten Ziele und der technischen Methoden der vorliegenden Erfindung soll der untenstehenden kurzen Beschreibung der Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsarten folgen.For a better understanding of the above objects and technical methods of the present invention, the brief description of the drawings below is followed by a detailed description of the preferred embodiments.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSARTENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Bei den
Wie dies weiter in der
Andererseits kann zum Verbessern der Wärmeleitfähigkeit und zum Reduzieren des Widerstands, wie in der
Dementsprechend weist die Anwendungsweise der vorliegenden Erfindung die folgenden Vorteile auf:
- 1. Die Oberfläche des Kohlenstofffasergarns ist mit Metallpartikeln mit einem großen Oberflächenbereich versehen, um den Widerstand zu reduzieren und die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.
- 2. Das Kohlenstofffasergarn besteht aus der doppelschichtigen Struktur mit der Metallschicht auf der Oberfläche, um den Widerstand zu reduzieren und die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.
- 3. Das Kohlenstofffasergarn besteht aus der doppelschichtigen Struktur mit der Graphitschicht auf der Oberfläche, um den Widerstand zu reduzieren und die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern.
- 4. Das Kohlenstofffasergarn besteht aus der porösen Struktur, um den Thermodiffusions-Koeffizienten zu erhöhen, das Gewicht zu reduzieren und die Wasseraufnahmefähigkeit zu verbessern.
- 1. The surface of the carbon fiber yarn is provided with metal particles having a large surface area to reduce the resistance and improve the thermal conductivity.
- 2. The carbon fiber yarn consists of the double-layered structure with the metal layer on the surface to reduce the resistance and improve the thermal conductivity.
- 3. The carbon fiber yarn consists of the double-layered structure with the graphite layer on the surface to reduce the resistance and improve the thermal conductivity.
- 4. The carbon fiber yarn consists of the porous structure to increase the thermal diffusion coefficient, to reduce the weight and to improve the water absorbency.
Es ist jedoch selbstverständlich, dass die hier beschriebenen Ausführungsarten die Prinzipien der Erfindung nur als veranschaulichte Beispiele darstellen sollen und dass die Fachleute auf diesem Gebiet eine Vielzahl vom Modifizierungen dieser Ausführungsarten vornehmen können, ohne dabei vom Geist und Umfang der Erfindung, wie in den nachstehenden Schutzansprüchen dargelegt, abzuweichen.It is to be understood, however, that the embodiments described herein are intended to illustrate the principles of the invention only as exemplified and that those skilled in the art can make a variety of modifications to these embodiments without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the following claims set out to depart.
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